用于滾動輪胎的穩(wěn)定狀態(tài)模擬的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于建模滾動輪胎(200)的至少一部分的裝置和方法。將在輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的輪胎(200)的至少一部分的有限元模型輸入有限元分析系統(tǒng)(100)中。系統(tǒng)執(zhí)行指令，所述指令導(dǎo)致恒定力由輪胎接觸表面(202、506、602)施加到模型輪胎(200)或其一部分。不同于位移控制，力控制邊界條件的施加在有限元分析解的計算時間方面提供明顯的益處。在保持模型輪胎(200)上的力的同時執(zhí)行輪胎接觸表面(202、506、602)上的模型的有限元分析模擬。替代地，外傾角(γ)也被施加到輪胎并且在模擬的整個過程中被保持。
【專利說明】用于滾動輪胎的穩(wěn)定狀態(tài)模擬的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及滾動輪胎的計算機(jī)建模，包括通過有限元分析。

【背景技術(shù)】
[0002]執(zhí)行輪胎的有限元分析所需的計算資源是相當(dāng)大的。路面上的滾動輪胎的模擬在執(zhí)行這樣的模擬所需的計算資源方面成本特別高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開用于建模滾動輪胎的裝置和方法。將在路面上滾動的輪胎的至少一部分的有限元模型輸入有限元分析系統(tǒng)中。所述系統(tǒng)執(zhí)行指令，所述指令導(dǎo)致所述輪胎或其一部分與所述路面之間的恒定力的施加。在保持所述輪胎上的所述力的同時執(zhí)行所述路面上的所述模型的有限元分析模擬。替代地，外傾角也被施加到所述輪胎并且在所述模擬的整個過程中被保持。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]在附圖中示出結(jié)構(gòu)和方法，其與下面提供的詳細(xì)描述一起描述用于模擬穩(wěn)定狀態(tài)滾動輪胎的系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會單個部件可以設(shè)計成多個部件或者多個部件可以設(shè)計成單個部件。
[0005]此外，在接下來的附圖和描述中，相似的部分在圖中和書面描述中始終用相同的附圖標(biāo)記相應(yīng)地指示。圖未按比例繪制并且為了便于圖示而放大某些部分的比例。
[0006]圖1示出示例性有限元分析(FEA)處理系統(tǒng)100的方塊圖。
[0007]圖2示出由FEA系統(tǒng)100生成的路面202上的滾動輪胎200的模型。
[0008]圖2A示出由FEA系統(tǒng)100生成的路面202上的具有部分胎面的滾動輪胎200的模型。
[0009]圖3示出圖2中所示的模型輪胎200的等軸視圖。
[0010]圖4示出圖2中所示的模型輪胎200的另一等軸視圖。
[0011 ] 圖5A-5C示出FEA模擬期間的輪胎模型500的側(cè)視圖。
[0012]圖6示出在鼓600上滾動的輪胎模型200的模擬。
[0013]圖7示出識別在平坦路面202上建模的輪胎200具有不同約束的模擬的表。
[0014]圖8示出識別在鼓600上建模的輪胎200具有不同約束的模擬的表。
[0015]圖9示出對具有胎面的至少一部分的滾動輪胎200建模的方法。
[0016]圖10示出由執(zhí)行方法900的FEA系統(tǒng)100生成的主軸傾覆力矩Mx的示例性輸出。
[0017]圖11示出由執(zhí)行方法900的FEA系統(tǒng)100生成的主軸對準(zhǔn)力矩Mz的示例性輸出。
[0018]圖12示出由執(zhí)行方法900的FEA系統(tǒng)100生成的滑移角α的示例性輸出。

【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示出示例性有限元分析(FEA)處理系統(tǒng)100的方塊圖。FEA處理系統(tǒng)100可以包括容納處理器102和計算機(jī)可讀介質(zhì)104的計算裝置101。用戶接口 106、例如鍵盤、鼠標(biāo)或其它這樣的裝置連接到輸入控制器108，允許用戶與FEA系統(tǒng)100、包括與處理器102和計算機(jī)可讀介質(zhì)104交互。輸出控制器110可以接收來自輸入控制器108、處理器102和/或計算機(jī)可讀介質(zhì)104的信息以便通過輸出裝置112呈現(xiàn)給用戶，所述輸出裝置例如可以采用視頻監(jiān)視器或打印機(jī)的形式。計算機(jī)可讀介質(zhì)104例如可以采用硬盤驅(qū)動器、固態(tài)硬盤驅(qū)動器或只讀存儲器(“RAM”)的形式，并且可以將信息提供給FEA處理系統(tǒng)100的任何部件。網(wǎng)絡(luò)控制器114允許FEA系統(tǒng)100與網(wǎng)絡(luò)、例如互聯(lián)網(wǎng)或公司內(nèi)聯(lián)網(wǎng)通信。用戶輸入控制器108、輸出控制器110和網(wǎng)絡(luò)控制器中的一個或多個可以集成到處理器102中。FEA系統(tǒng)100的部件、例如處理器102和計算機(jī)可讀介質(zhì)104可以固定到主板116，所述主板例如通過總線118提供各部件之間的連接。
[0020]在優(yōu)選實(shí)施例中，F(xiàn)EA系統(tǒng)100通過使用安裝在計算機(jī)可讀介質(zhì)104上的FEA軟件包執(zhí)行本文中公開的方法，所述軟件包具有可以由處理器102執(zhí)行的指令。當(dāng)由處理器102執(zhí)行時，F(xiàn)EA軟件包配置成接收輪胎的FEA模型并且執(zhí)行輪胎模型的FEA分析。FEA模型可以包含輪胎的各種方面，例如胎面設(shè)計、輪胎尺寸、輪胎形狀、胎面和底層結(jié)構(gòu)(例如帶束簾布層)的材料性質(zhì)和充氣水平。當(dāng)在本文中使用時，術(shù)語“胎面”表示在正常負(fù)荷下與道路接觸的輪胎的部分。FEA模型可以由用戶通過用戶接口 106或通過選擇和檢索存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)104上或通過網(wǎng)絡(luò)可訪問的存儲裝置上的先前構(gòu)造的模型而引入FEA系統(tǒng)100。處理器102生成呈數(shù)據(jù)的形式的FEA分析的結(jié)果，所述結(jié)果被寫入并且存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)104上。由FEA分析生成的數(shù)據(jù)例如可以顯示在輸出裝置112上，或者可以進(jìn)一步處理。
[0021]圖2示出由FEA系統(tǒng)100模擬的、與平面路面202相接觸的模型輪胎200。應(yīng)當(dāng)注意盡管圖2示出完整輪胎的模型，但是也可以使用僅僅具有輪胎胎面的一部分的輪胎。如圖2A中所示，輪胎模型200A具有完整胎體203并且由圍繞輪胎圓周地延伸大約160度的輪胎胎面207的一部分組成。使用僅僅具有胎面的一部分的模型而不是具有完整輪胎和胎面花紋的模型減小執(zhí)行模擬所需的計算要求，原因是FEA系統(tǒng)100將具有減少數(shù)量的對應(yīng)于胎面的節(jié)點(diǎn)，對于所述節(jié)點(diǎn)它必須關(guān)于具有完整胎面的輪胎模型獲得解。在本公開的其它方面，圓周胎面可以圍繞輪胎胎體203延伸小于或大于大約160度。例如可以使用具有大約90度到270度的圓周角長度的胎面部分。下限可以選擇成使得輪胎模型200具有足夠的圓周長度以獲得滾動穩(wěn)定狀態(tài)，并且因此可以小于60度，只要可以獲得穩(wěn)定狀態(tài)。另夕卜，可以使用具有大于180度的圓周長度的胎面花紋模型，直到完整輪胎，然而這樣的長度可能提供執(zhí)行模擬所需的計算資源的較少減小，而沒有與建模相關(guān)的變量的精度的相應(yīng)益處。
[0022]主軸204隨著輪胎200旋轉(zhuǎn)，如同通過輪胎200安裝在其上的車輪剛性地連接到輪胎200。主軸204就座在主軸支架206內(nèi)并且隨著支架206旋轉(zhuǎn)。在本教導(dǎo)的一個方面中，正X軸線與輪胎的赤道面對準(zhǔn)并且平行于路面，例如其可以通過將輪胎的赤道面投影到路面202上確定。當(dāng)在本文中使用時，術(shù)語“赤道面”指的是垂直于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線并且布置成使得它將穿過省略的車輪的中心的平面。正Z軸線垂直于路面202的平面并且向下指向路面202中。正Y軸線垂直于X和Z軸線并且在這樣的方向上指向使得由X、Y和Z限定的笛卡爾坐標(biāo)系符合右手規(guī)則。在優(yōu)選實(shí)施例中，路面202可以沿著X和Y軸線的方向平移，但是不圍繞X和Y軸線旋轉(zhuǎn)。盡管諸如上面的坐標(biāo)系的笛卡爾坐標(biāo)系作為例子，但是可以使用其它三維坐標(biāo)系，例如柱面或球面坐標(biāo)系。例如通過將線性變換應(yīng)用于在選定坐標(biāo)系中表達(dá)的坐標(biāo)以獲得XYZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，在這樣的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)可以在上述的XYZ坐標(biāo)系中替代地表達(dá)。盡管為了方便起見本文中的教導(dǎo)參照上述的XYZ坐標(biāo)系，但是本文中的教導(dǎo)也可應(yīng)用于、而不限于任何合適的三維坐標(biāo)系。
[0023]在由FEA系統(tǒng)100執(zhí)行的模擬中，力Fx、Fy和Fz是由路面202相應(yīng)地沿著X、Y和Z軸線施加到輪胎200的力。如圖2中所示縱向力Fx指向正X方向并且橫向力Fy指向正Y方向。將注意到允許在負(fù)方向上的力而沒有限制。Fz表示由路面202施加到輪胎200的法向力并且在負(fù)Z方向上顯示。被建模輪胎200以角速度ω旋轉(zhuǎn)，并且具有相對于Z軸的表示為Y的外傾角。表示為α的滑移角對應(yīng)于在X-Y平面中在路面的延伸方向與輪胎取向的方向之間測量的角，后者平行于輪胎的赤道面E和路面202的交叉線。上述的力和外傾角可以通過安裝到FEA系統(tǒng)100的計算機(jī)可讀介質(zhì)104上的FEA軟件包進(jìn)行設(shè)定。
[0024]圖3顯示路面202上的模型輪胎200的沿著正Z方向的等軸視圖。為了易于參考，在圖2中外傾角Y為零。道路的延伸方向沿著向量V?；平铅溜@示為車輪的赤道面E和路面202的交叉線與道路202的延伸方向之間的角。圖4顯示模型輪胎200的另一等軸視圖，這時沿著正X方向顯示。如圖4中所示，外傾角Y對應(yīng)于在Y-Z平面中在Z軸線與赤道面E之間測量的角。為了易于參考，在圖3中滑移角α為零。
[0025]圖5Α至5C示出在模擬的各階段的輪胎模型500。圖5Α至5C中所示的輪胎模型500具有圍繞胎體504包裹的部分胎面502。輪胎在路面506上滾動。模擬如圖5Α中所示開始于鄰近胎面502與路面506相接觸的區(qū)域的部分胎面的一個端部501。當(dāng)模擬進(jìn)行時，輪胎模型500以角速度ω旋轉(zhuǎn)并且部分胎面502隨著胎體504旋轉(zhuǎn)。如圖5C中所示，模型500旋轉(zhuǎn)直到部分胎面502的第二端部503到達(dá)胎面502與路面506相接觸的區(qū)域。
[0026]圖6示出本教導(dǎo)的另一方面。圖6中所示的模型輪胎200在鼓600上滾動，所述鼓具有用作輪胎200在其上滾動的路面的外圓柱形接觸表面602。根據(jù)本教導(dǎo)的一個方面，在FEA模擬期間力可以由鼓600施加到輪胎模型200。例如，在Χ、Υ和Z方向上的力Fx、Fy和Fz可以通過鼓施加到輪胎。在本教導(dǎo)的另一方面中，扭矩可以施加到鼓600，導(dǎo)致鼓600的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并且由此允許在旋轉(zhuǎn)鼓600上旋轉(zhuǎn)的輪胎200的模擬。這樣的配置允許輪胎模型200在靜止位置旋轉(zhuǎn)而鼓600圍繞軸線A旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本公開的又一方面，輪胎模型200也可以在內(nèi)圓柱形接觸表面604上旋轉(zhuǎn)。鼓600也可以在涉及具有部分胎面207、例如圖2A中所示的部分胎面的輪胎模型200A的模擬中被執(zhí)行。
[0027]圖7示出表，所述表列出具有例如如圖2和2A中所示在平坦路面上建模的輪胎的線性和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動參數(shù)的力、扭矩或運(yùn)動約束的不同布置的模擬。根據(jù)本教導(dǎo)的一個方面，在圖7中顯示模擬中的描述主軸204(擴(kuò)展開來，輪胎200)和路面202的運(yùn)動的參數(shù)。與主軸204相關(guān)的自由度是在X、Y和Z方向的每一個上的主軸204的平移運(yùn)動，以及表示為Rx、&和1的圍繞X、Z和ω方向的主軸204的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中ω平行于模型輪胎200的旋轉(zhuǎn)軸線，并且由此平行于主軸204的縱軸線。路面202的自由度是在X、Y和Z方向的每一個上的道路202的平移運(yùn)動，以及表示為RX、RY和Rz的圍繞X、Y和Z方向的道路的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，
[0028]在特定列中的條目“固定”指示對于相應(yīng)模擬，主軸204或道路202的平移或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動對于對應(yīng)于該列的參數(shù)而言是固定的。例如，在I至4的模擬中，主軸204在X方向上的平移是固定的。因此，在那些模擬中，輪胎200在X方向上是靜止的。另外，主軸204圍繞X方向和Z方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動被指示為固定，并且因此在這些模擬中輪胎主軸204不圍繞X方向或Z方向旋轉(zhuǎn)。
[0029]圖7中的條目“力”指示在所指示的平移方向上施加固定力。例如，在模擬2中在Y方向上的恒定力通過主軸204被施加，導(dǎo)致輪胎200在Y方向上將力施加到路面202。同樣在模擬2中，在Z方向和X方向上的恒定力由路面202施加到輪胎200。
[0030]除了在X、Y和Z方向上的力以外，扭矩可以施加到主軸204。圖7中的條目“扭矩”表示在所指示的旋轉(zhuǎn)方向上施加扭矩。在本教導(dǎo)的一個方面中，在Rx列中的“扭矩”的條目表示圍繞X軸線施加的扭矩，在Rz列中的條目表示圍繞Z軸線施加的扭矩并且在Ru列中的條目表示圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω施加到主軸的扭矩。在本教導(dǎo)的另一方面中，對于模擬9至16的每一個，扭矩圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω施加到主軸204。
[0031]在圖7中的特定列中的條目“運(yùn)動”表不運(yùn)動通過在特定|旲擬中施加的運(yùn)動、力和/或扭矩約束強(qiáng)加于主軸204或道路202的特定自由度。在本教導(dǎo)的一個方面中，在對應(yīng)于主軸204旋轉(zhuǎn)Ru的列和對應(yīng)于模擬I的行中的運(yùn)動的條目指示主軸204在強(qiáng)加運(yùn)動下圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω旋轉(zhuǎn)，同時運(yùn)動、力和/或扭矩約束施加到模擬I的剩余自由度。
[0032]繼續(xù)參考圖7，在模擬I至4中輪胎模型200在X方向上是靜止的。主軸204在X方向上的平移在模擬I至4的每一個中是固定的，并且力在X方向上由道路202施加到輪胎200。在本教導(dǎo)的一個方面中，與模擬I 一樣，模擬中的所有力通過路面202施加到輪胎模型200。在其它方面中，在Y方向和Z方向上的力之一或兩者可以通過主軸204而不是通過路面202被施加，例如如模擬2至4中所示。在模擬I至4的每一個中，主軸204的旋轉(zhuǎn)被限制到圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω的旋轉(zhuǎn)，沒有圍繞X或Z方向的旋轉(zhuǎn)。在本教導(dǎo)的另一方面中，在模擬1-16的任何一個中路面202被限制到平移運(yùn)動，并且不旋轉(zhuǎn)。對于模擬1-16的每一個，這由對應(yīng)于道路202的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的列RX、RY和Rz中的“固定”旋轉(zhuǎn)約束的條目指示。
[0033]在模擬5至8中，輪胎200在X方向上向前滾動。在模擬5至8的每一個中，力在X方向上施加到主軸204，并且路面202在X方向上保持固定。在本教導(dǎo)的一個方面中，與模擬I 一樣，模擬中的所有力通過路面202施加到輪胎模型200。在本教導(dǎo)的另一方面中，與模擬4 一樣，模擬中的所有力通過主軸204施加到輪胎模型200。在另外的其它方面中，在Y方向和Z方向上的力之一或兩者可以通過路面202而不是通過主軸204被施加，例如如模擬2至4中被施加。
[0034]在模擬9至12中輪胎模型200在X方向上是靜止的，如對應(yīng)于X方向上的主軸204的平移的“固定”的條目指示。扭矩通過主軸204圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω被施加，而圍繞X和Z軸線的主軸204的旋轉(zhuǎn)是固定的。在Y和Z方向上的力可以如模擬9中完全通過路面202、如模擬12中完全通過主軸204或如模擬10和11指示通過道路202和主軸204的組合被施加。在模擬13至16中，輪胎模型200在X方向上向前滾動。在模擬13至16的每一個中，扭矩圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω施加到主軸204，并且路面202在X方向上保持固定，將滾動運(yùn)動施加于主軸204和輪胎模型200，由此在X方向上向前移動輪胎模型200。在本教導(dǎo)的一個方面中，在Y和Z方向上的力之一或兩者可以通過路面202或主軸204被施加，例如如模擬13至16的情況下所示。
[0035]圖8示出在如圖6中所示的在鼓600上建模的輪胎200上執(zhí)行的根據(jù)本教導(dǎo)的模擬的例子。在圖8中列出的模擬由施加于主軸204和鼓600的約束描述，所述鼓通過外接觸表面602或內(nèi)接觸表面604將力施加到輪胎模型200。上面參考圖7描述了主軸204的自由度，并且特別地，涉及模擬17至32中的主軸204的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的圖8中所示的表中的條目跟隨圖?中的模擬I至16的那些條目。
[0036]關(guān)于模擬17-20,扭矩圍繞Ry方向施加到鼓600,同時與剩余模擬21_32 —樣,鼓相對于圍繞Rx和Rz方向的旋轉(zhuǎn)是固定的。另外，與模擬17至32的每一個一樣，鼓600相對于在X方向上的平移是固定的。由于這些約束，在模擬17-20中當(dāng)輪胎模型200在鼓600上滾動時它保持靜止。
[0037]在模擬21至24中，模擬在X方向上滾動的輪胎200，其對應(yīng)于輪胎200圍繞鼓600滾動。在這些模擬中，沒有扭矩圍繞X、Y或Z軸線中的任何一個施加到鼓600并且沿著X方向的力施加到主軸204。在模擬25至28中，輪胎模型200在靜止的同時滾動。在這些模擬中，允許鼓600具有圍繞Y軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并且扭矩圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω在主軸204處被施加。在模擬29至32中，當(dāng)扭矩圍繞旋轉(zhuǎn)軸線ω施加到主軸204并且沒有扭矩施加到鼓600時模擬在X方向上滾動的輪胎200。在圖8所示的每一個模擬中，在Y或Z方向上的力可以通過主軸204和鼓600中的一個施加到輪胎200。例如，在模擬17中，在Y和Z方向上的力僅僅通過鼓600施加到輪胎200，而在模擬20中在Y和Z方向上的力僅僅通過主軸204施加到輪胎模型200。在模擬18和19中，在Y和Z方向上的力由主軸或鼓中的一個或另一個獨(dú)立地施加。
[0038]在圖7和8所示的每一個模擬中，施加到模型的約束使得輪胎與接觸表面之間的界面力(Fx、Fy和Fz)是恒定的。在本教導(dǎo)的一個方面中，界面力在模擬的整個過程中保持恒定。
[0039]圖9示出可以由FEA系統(tǒng)100執(zhí)行以對輪胎200執(zhí)行模擬的示例性方法900。根據(jù)本公開，在步驟910，輪胎200的有限元模型安裝到輪輞、充氣并且通過接觸表面、例如圖2和2A中所示的路面202或例如圖6中所示的鼓600將負(fù)荷施加到輪胎。在步驟910中執(zhí)行的加負(fù)荷包括在垂直于接觸表面的方向上施加力。模型200可以包含輪胎的各種方面，例如胎面設(shè)計、輪胎尺寸和形狀。通過用戶經(jīng)由用戶接口 106與FEA軟件包的交互或通過存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)104上的先前創(chuàng)建模型的選擇和檢索，F(xiàn)EA模型可以被引入FEA系統(tǒng)100。在步驟920中，可選外傾角Y可以施加到輪胎200。應(yīng)當(dāng)注意在步驟920中引用的外傾角可以替代地在步驟910之前、之后或期間被引入。
[0040]在步驟930中，附加力或扭矩被施加到輪胎模型200。這樣的力或扭矩可以通過主軸204或通過路面202或通過鼓600被施加。在本教導(dǎo)的一個方面中，在步驟930中施加的力在X-Y平面中并且可以被限制到與X或Y軸線中的僅僅一個對準(zhǔn)。替代地，施加的力可以是具有沿著X和Y軸線兩者的分量的總合成力。在本教導(dǎo)的一個方面中，在步驟910和930中施加的負(fù)荷力和接觸力在模擬的整個過程中由FEA系統(tǒng)100保持恒定。被建模輪胎200將由于在步驟930中施加的各種力Fx、Fy和Fz而受到變形。
[0041 ] 在步驟940中，F(xiàn)EA系統(tǒng)100開始對模型執(zhí)行滾動輪胎FEA模擬，例如通過處理器102執(zhí)行包含在存儲于計算機(jī)可讀介質(zhì)104上的FEA軟件包內(nèi)的指令。在本教導(dǎo)的一個方面中，在步驟920中引用的外傾角和在步驟910和930中引用的力在開始輪胎200的滾動模擬之前被引入。在本公開的一個方面中，旋轉(zhuǎn)速度ω的固定值作為在主軸204處測量的獨(dú)立變量施加到模型200并且道路202的速度由滾動過程確定。在替代實(shí)施例中，代替施加使旋轉(zhuǎn)速度恒定的約束，恒定向前速度施加到路面202或鼓600并且在主軸204處確定旋轉(zhuǎn)速度。
[0042]在步驟950，F(xiàn)EA系統(tǒng)100監(jiān)測依存參數(shù)、例如輪胎的力矩和滑移角的收斂。FEA系統(tǒng)100在模擬的每個增量時間間隔迭代地求解輪胎狀態(tài)，同時通過模擬繼續(xù)施加在步驟910和930引入的力參數(shù)，并且如果適用，施加在步驟920中引入的外傾角Y參數(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，由路面施加到輪胎的力的值和任何外傾角在模擬的整個過程中保持恒定值。
[0043]在步驟960，F(xiàn)EA系統(tǒng)確定被選擇的因變量是否已收斂到穩(wěn)定狀態(tài)值。如本文中進(jìn)一步所述，認(rèn)為模擬已收斂的條件可以變化并且可以由FEA系統(tǒng)100的用戶選擇。如果FEA系統(tǒng)確定已滿足收斂的條件，則模擬結(jié)束，而如果未達(dá)到條件，則模擬繼續(xù)步驟940。
[0044]如圖10中所示，在被建模輪胎滾動大約75度之后對應(yīng)于圍繞X方向的輪胎的扭矩的、表示為Mx的主軸傾覆力矩的值收斂到在該例子中為大約-4332英寸-磅的穩(wěn)定狀態(tài)值。模擬繼續(xù)直到輪胎已滾動大約90度。為了確定由輪胎模擬達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)條件的單個代表性值，傾覆力矩的值然后可以在對應(yīng)于大約75到90度之間的輪胎旋轉(zhuǎn)的感興趣區(qū)域1010上平均。
[0045]可以設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)以確定依存參數(shù)的值是否已充分地收斂到被認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)的滿足可以指示可以選擇感興趣區(qū)域的可接受范圍。模擬可以生成可以受限于標(biāo)準(zhǔn)的依存參數(shù)，包括如上所述的傾覆力矩Mx,或者可以包括其它參數(shù),例如滑移角α或?qū)?yīng)于圍繞Z方向的輪胎的力矩的主軸對準(zhǔn)力矩Μζ。圖11示出在大約O到90度之間的滾動角的主軸對準(zhǔn)力矩Mz的圖形。在選擇成跨越大約80到90度之間的滾動角的感興趣區(qū)域1110中獲得的Mz的平均值提供Mz的-47英寸-磅的平均值。圖12示出成大約O到90度之間的滾動角的滑移角α的圖形?；平堑钠骄翟谶x擇成跨越大約75到90度之間的滾動角的感興趣區(qū)域1210上獲得，提供滑移角的-0.5度的平均值。這樣的圖形可以由FEA系統(tǒng)100在執(zhí)行方法900之后產(chǎn)生。替代地，因變量的值可以存儲到計算機(jī)可讀介質(zhì)104，或者通過網(wǎng)絡(luò)控制器114存儲在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)存儲位置。
[0046]可以預(yù)先選擇用于獲得一個或多個因變量的穩(wěn)定狀態(tài)值的標(biāo)準(zhǔn)。這樣的標(biāo)準(zhǔn)可以設(shè)定成包括滾動的每一度的一個或多個因變量的移動平均的最大變化的要求。這樣的平均可以在例如滾動的最后10或15度的窗口上被獲取?？梢赃x擇窗口的寬度的更高或更低的值。在本公開的一個方面中，選定值是胎面節(jié)距或重復(fù)胎面花紋塊單元的倍數(shù)。在另一例子中，收斂的標(biāo)準(zhǔn)可以是因變量、例如主軸對準(zhǔn)力矩在滾動角的最后10度上的移動平均值在該因變量在滾動的前10度上的平均值的百分之5內(nèi)，或者觀察變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以在可接受范圍內(nèi)。在根據(jù)本教導(dǎo)的其它例子中，因變量在滾動角的最后10度上的移動平均值在該因變量在滾動的前10度上的平均值的百分之I內(nèi)，或者在值的某個預(yù)先選擇范圍內(nèi)?？梢灾甘綟EA系統(tǒng)100執(zhí)行模擬直到用于獲得穩(wěn)定狀態(tài)解的被選擇標(biāo)準(zhǔn)被達(dá)到。
[0047]除了方法900以外，一旦執(zhí)行模擬，用戶可以決定是否調(diào)節(jié)輪胎模型200或模擬的參數(shù)或兩者，并且用FEA系統(tǒng)100執(zhí)行附加模擬?？梢酝ㄟ^增加或減少胎面的部段而調(diào)節(jié)輪胎模型以減小FEA系統(tǒng)100的計算資源的負(fù)擔(dān)。例如，輪胎胎面的部段可以從60度增加到角圓周長度的大約60到360度之間的任何值。另外，如果有的話，可以調(diào)節(jié)輪胎胎面的形狀。許多其它參數(shù)也可以被調(diào)節(jié)，并且將典型地通過安裝在FEA系統(tǒng)100的計算機(jī)可讀介質(zhì)104上的FEA軟件包可調(diào)節(jié)。這樣的變化可以由用戶通過用戶接口 106輸入。在模擬未獲得因變量的穩(wěn)定狀態(tài)條件的情況下，可以用更長的總滾動距離再次執(zhí)行過程900。改變模擬的總角滾動距離可能需要增加模型中的輪胎200的圓周長度，另外需要繼續(xù)模擬更長時間段。增加被模擬輪胎滾動的距離允許感興趣區(qū)域1010延伸到被模擬輪胎200的更大滾動角。
[0048]由本文中所述的FEA系統(tǒng)100和示例性方法900提供的信息允許用戶有效地確定在施加到FEA模擬的被模擬輪胎200的條件下生成的因變量的穩(wěn)定狀態(tài)行為。用戶可以確定由此產(chǎn)生的因變量的值是非期望的。因此，用戶能夠改變輪胎模型，并且在被改變模型上執(zhí)行方法900以便確定被建模輪胎的特性是否改善?？梢缘貓?zhí)行輪胎模型的這樣的模擬和改變以確定最佳輪胎設(shè)計。
[0049]將領(lǐng)會本文中所述和圖中所示的教導(dǎo)表示根據(jù)本教導(dǎo)在保持由道路202或鼓600施加到輪胎200的力的同時執(zhí)行和應(yīng)用有限元分析以計算因變量的許多方式中的幾個。本公開中所述和所示的方法可以以實(shí)現(xiàn)本文中所述的功能的許多方式進(jìn)行修改。應(yīng)當(dāng)理解本文中所述的方法和裝置可以以許多方式在任何數(shù)量(例如，一個或多個)的硬件和/或軟件模塊或單元、計算機(jī)或處理系統(tǒng)或電路之間分布。
[0050]用于執(zhí)行本文中公開的方法的軟件可以集成在獨(dú)立計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)或者可以獨(dú)立地執(zhí)行并且經(jīng)由任何通信媒介(例如，網(wǎng)絡(luò)、調(diào)制解調(diào)器、直接連接等)聯(lián)接到任何數(shù)量的裝置、工作站計算機(jī)、服務(wù)器計算機(jī)或數(shù)據(jù)存儲裝置。本文中所述的過程可以由任何數(shù)量的裝置和/或任何數(shù)量的個人或其它類型的裝置、計算機(jī)或處理系統(tǒng)(例如，桌上型、膝上型或服務(wù)器計算機(jī))執(zhí)行。FEA系統(tǒng)100可以包括任何商業(yè)上可獲得的操作系統(tǒng)(例如，Windows>Mac L1n、Unix、Linux等)、任何商業(yè)上可獲得的和/或定制的FEA軟件(例如，Abaqus、NASTRAN、LS-DYNA或定制書寫軟件)以及任何類型的輸入和/或輸出裝置(例如，鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等)。
[0051]應(yīng)當(dāng)理解具有用于執(zhí)行本文中所述的過程的指令的軟件可以用任何期望的計算機(jī)語言執(zhí)行。例如，在一個示例性實(shí)施例中，本文中公開的過程可以使用Python編程語言書寫，然而，本公開不限于用任何特定編程語言執(zhí)行。各種指令和數(shù)據(jù)集可以存儲在任何數(shù)量或類型的文件、數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中。而且，用于執(zhí)行本文中所述的步驟的軟件可以在任何合適的媒介上分配(例如，存儲在諸如⑶-ROM和磁盤的裝置上，從互聯(lián)網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)下載(例如，經(jīng)由數(shù)據(jù)包和/或載波信號)，從公告牌下載(例如，經(jīng)由載波信號)，或其它常規(guī)分配機(jī)構(gòu))。
[0052]用于執(zhí)行本文中所述的方法的軟件可以以任何常規(guī)或其它方式(例如，安裝程序、復(fù)制文件、輸入執(zhí)行命令等)在計算機(jī)系統(tǒng)上安裝和執(zhí)行。與執(zhí)行本文中所述的步驟的FEA系統(tǒng)100關(guān)聯(lián)的功能可以任何數(shù)量的計算機(jī)或其它處理系統(tǒng)上被執(zhí)行。此外，特定功能可以以任何期望方式分配給計算機(jī)系統(tǒng)中的一個或多個。
[0053]此外，在本文中對執(zhí)行各種功能的軟件的引用一般指的是計算機(jī)系統(tǒng)或處理器在軟件控制下執(zhí)行那些功能。計算機(jī)系統(tǒng)可以替代地由硬件或其它處理電路實(shí)現(xiàn)。本文中所述的方法的各種功能可以以任何方式在任何數(shù)量(例如，一個或多個)的硬件和/或軟件模塊或單元、計算機(jī)或處理系統(tǒng)或電路之間分布，其中計算機(jī)或處理系統(tǒng)可以本地地或彼此遠(yuǎn)離地布置并且經(jīng)由任何合適的通信媒介(例如，LAN、WAN、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、硬線、調(diào)制解調(diào)器連接、無線等)進(jìn)行通信。在上面描述并且在流程圖和圖表中示出的軟件和/或過程可以以實(shí)現(xiàn)本文中所述的功能的任何方式進(jìn)行修改。
[0054]為了本公開的目的并且除非以另外方式指出，“一”表示“一個或多個”。在術(shù)語“包括”在說明書或權(quán)利要求中使用方面來說，它以類似于術(shù)語“包含”的方式旨在是包容性的，與該術(shù)語在權(quán)利要求中用作過渡詞時一樣解釋。此外，在使用術(shù)語“或”方面來說(例如,A或B),它旨在表示“A或B或兩者”。當(dāng) 申請人:旨在指示“僅僅A或B但非兩者”時,則將使用術(shù)語“僅僅A或B但非兩者”。因此，本文的術(shù)語“或”的使用是包容性的，而不是排他使用。參見Bryan A.Garner的《現(xiàn)代法律用語詞典》624 (1995年第2版)。而且，在術(shù)語“在…中”或“在…之中”在說明書或權(quán)利要求中使用方面來說，它旨在附加地表示“在…上”或“在…之上”。當(dāng)在本文中使用時，“大約”將由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解并且將取決于使用它的背景而在某種程度上變化。如果有本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不清楚的術(shù)語的使用，已知使用它的背景，“大約”將表示達(dá)到該特定術(shù)語的加或減10%。從大約A到B旨在表示從大約A到大約B，其中A和B是指定值。
[0055]盡管本公開例示各實(shí)施例，并且盡管已相當(dāng)詳細(xì)地描述這些實(shí)施例，但是 申請人:的意圖不是將本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍約束或以任何方式限制到這樣的細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見附加優(yōu)點(diǎn)和修改。所以，本發(fā)明在其更廣泛方面不限制到所示和所述的具體細(xì)節(jié)和示例性例子。因此，可以脫離這樣的細(xì)節(jié)而不脫離 申請人:的發(fā)明的權(quán)利要求的精神或范圍。而且，前述實(shí)施例是示例性的，并且單個特征或要素不是可以在本申請或以后申請中要求權(quán)利的所有可能組合所必需的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于建模具有胎面的至少一部分的滾動輪胎的方法，其包括: 將具有胎面(207)的至少一部分和主軸(204)的輪胎(200)的有限元模型輸入有限元分析系統(tǒng)(100)中，所述輪胎在輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動； 在所述輪胎接觸表面(202、506、602)處將恒定力施加到所述模型輪胎(200);以及 在保持所述模型輪胎(200)上的所述力的同時執(zhí)行在所述輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的所述模型輪胎(200)的有限元分析模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述恒定力包括恒定負(fù)荷力分量(Fz)以及恒定橫向力分量(Fy)和恒定縱向力分量(Fx)中的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其還包括: 在執(zhí)行所述有限元分析模擬之前將外傾角(Y)施加到在所述輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的所述模型輪胎(200);并且 其中在執(zhí)行所述有限元分析模擬時保持所述輪胎上的所述力和所述外傾角(Y )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括: 將外傾角(Y)施加到在輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的輪胎(200)的有限元模型；以及 在保持所述模型輪胎(200)上的所述力和所述外傾角(Y)的同時執(zhí)行在所述輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的所述輪胎(200)的模型的有限元分析模擬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其還包括執(zhí)行所述有限元分析模擬持續(xù)足夠的時間以達(dá)到傾覆力矩(Mx)、對準(zhǔn)力矩(Mz)和滑移角(α)中的至少一個的穩(wěn)定狀態(tài)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行有限元分析模擬步驟還包括模擬在大約60度到120度之間的角距離上滾動的輪胎(200)的模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述輪胎(200)的有限元模型具有跨越大約60到270度之間的角圓周長度的胎面花紋(207)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括: 基于傾覆力矩(Mx)、對準(zhǔn)力矩(Mz)和滑移角(α)中的至少一個的穩(wěn)定狀態(tài)值調(diào)節(jié)所述輪胎(200)的有限元模型。
9.一種用于建模滾動輪胎的方法，其包括: 將在輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的輪胎(200)的有限元模型輸入有限元分析系統(tǒng)中； 在所述模型輪胎(200)與所述輪胎接觸表面(202、506、602)之間施加負(fù)荷力(Fz)； 在所述輪胎接觸表面(202、506、602)處施加橫向力(Fy)、縱向力(Fx)和外傾角U)中的至少一個；以及 在保持所述輪胎上的所述負(fù)荷力(Fz)以及橫向力(Fy)、縱向力(Fx)和外傾角(Y)中的所述至少一個的同時執(zhí)行在所述輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的所述模型輪胎(200)的至少一部分的有限元分析模擬。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其還包括: 執(zhí)行所述有限元分析模擬持續(xù)足夠的時間以達(dá)到傾覆力矩(Mx)、對準(zhǔn)力矩(Mz)和滑移角(α)中的至少一個的穩(wěn)定狀態(tài)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中執(zhí)行有限元分析模擬步驟還包括模擬在大約60度到120度之間的角距離上滾動的輪胎(200)的模型。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述模型輪胎(200)包括跨越大約60到180度之間的角圓周長度的胎面(207)。
13.一種用于建模滾動輪胎的裝置，其包括: 一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)(104)，所述一個或多個可讀介質(zhì)配置成接收在輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動并且具有胎面(207)的至少一部分的輪胎(200)的有限元模型，以及至少一個處理器(102)； 寫在所述一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)(104)上的第一指令，當(dāng)由所述至少一個處理器(102)執(zhí)行時，所述第一指令在所述胎面(207)的所述至少一部分與所述輪胎接觸表面(202,506,602)之間施加力；以及 寫在所述一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)(104)上的第二指令，當(dāng)由所述至少一個處理器(102)執(zhí)行時，所述第二指令在保持所述胎面(207)的所述至少一部分與所述輪胎接觸表面(202、506、602)之間的所述力的同時執(zhí)行在所述輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的所述模型輪胎(200)的至少一部分的有限元分析模擬。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其還包括: 寫在所述一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)(104)上的第三指令，當(dāng)由所述至少一個處理器(102)執(zhí)行時，所述第三指令將外傾角(Y)施加到所述模型輪胎(200);并且 其中當(dāng)由所述至少一個處理器(102)執(zhí)行時執(zhí)行在所述輪胎接觸表面(202、506、602)上滾動的所述輪胎(200)的模型的有限元分析模擬的、寫在所述一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)(104)上的所述第二指令保持所述模型輪胎(200)上的所述外傾角(Y)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中當(dāng)由所述至少一個處理器(102)執(zhí)行時，寫在所述一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)(104)上的所述第一指令在所述胎面(207)的所述至少一部分與所述輪胎接觸表面(202、506、602)之間施加力，所述力具有恒定負(fù)荷力分量(Fz)以及恒定橫向力分量(Fy)和恒定縱向力分量(Fx)中的至少一個。
【文檔編號】G01M17/02GK104321771SQ201380026103
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月11日
【發(fā)明者】H·多菲, R·A·莫瑟, S·M·沃斯博格, T·R·布蘭卡 申請人:普利司通美國輪胎運(yùn)營有限責(zé)任公司